Phân tích, đánh giá các kỹ thuật lập lịch để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng 4G LTE

ấp. Bộ lập lịch với kỹ thuật lập lịch là cốt lõi, dụng được phân tích và đánh giá. Mô phỏng được 
được sử dụng trong lớp MAC giao diện vô tuyến thực hiện bằng chương trình LTE System Level 
là thành phần quan trọng để thực hiện chức năng Simulation trên nền Matlab [7].
này [5, 6]. Kỹ thuật lập lịch đã được phát triển Bảng 1 tóm tắt các thiết lập mô phỏng thiết 
nhiều trong mạng Internet băng rộng như NS (New yếu và các thông số được sử dụng cho các kịch bản 
Scheduling), RR (Round Robin), MM (Maxmin), mô phỏng khác nhau.
Best CQI, (MT) Max Throughput, PF (Proportional Bảng 1. Các thông số thiết lập mô phỏng
Fair), [8, 9, 11]. Khi áp dụng vào mạng di động Tham số Giá trị
băng rộng có nhiều điểm khác biệt như ảnh hưởng 
 Số người sử dụng 1, 10, 25, 50 và 100
của các thông số SNR, phân bố Anten, phân bố 
eNodeB, khoảng cách UE (User Equipment) đến Số lượng trạm gốc 1
NodeB,... Để áp dụng tốt kỹ thuật lập lịch trong Băng thông 20MHz
mạng 4G LTE cần nhiều thông tin như thông lượng Loại kênh Cho người đi bộ B và đi xe A
hiện tại, thông lượng tương lai, bố trí mạng lưới, vị 
 Chiều dài mô 100 TTI (Transmission Time 
trí địa lý, đặc điểm và thói quen truy cập của khách 
 phỏng Interval)
hàng, khả năng của đường truyền, khả năng xử lý 
eNodeB, [10, 12]. Với nhiều yếu tố được liệt kê Thuật toán lập lịch Round Robin, New 
như vậy cho thấy, việc áp dụng kỹ thuật lập lịch rất Scheduling và Best CQI
quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến hệ thống và cả Hệ thống truyền SISO, MIMO (2x2) và 
người dùng. Do đó, việc nghiên cứu về các kỹ thuật dẫn antenna MIMO (4x4)
22 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
 Các kết quả mô phỏng được đưa ra dưới Hình 3 và 4 hiển thị các mối quan hệ giữa 
dạng biểu đồ nhằm biểu diễn một cách tường minh SNR và thông lượng sử dụng cho các hệ thống 
nhất sự thay đổi của thông lượng theo SNR (Signal truyền dẫn antenna khác nhau. Các kết quả trên biểu 
to Noise Ratio) qua việc thực hiện các thuật toán đồ hình 3 và 4 cũng cho thấy, thông lượng của hệ 
lập lịch khác nhau trong các kịch bản khác nhau [4]. thống SISO thấp hơn của các hệ thống MIMO (2x2) 
 và (4x4). Kết quả cũng chỉ rất rõ rằng, thông lượng 
2.1. Kịch bản 1 của hệ thống MIMO (4x4) cao hơn khoảng 2 lần 
 Số người sử dụng là 1; băng thông 20MHz; so với thông lượng của hệ thống MIMO (2x2) và 
thời gian mô phỏng là 100 TTI; các hệ thống truyền thông lượng của hệ thống MIMO (2x2) cũng cao 
dẫn antenna SISO và MIMO. hơn so với thông lượng của hệ thống SISO khoảng 
 Trường hợp 1: Áp dụng thuật toán NS cho 2 lần. Trong trường hợp này, thông lượng có thể đạt 
kết quả trên Hình 1 đối với loại kênh B và kết quả tối đa 42 Mb/s với cả 2 loại kênh B và A.
trên Hình 2 đối với loại kênh A.
 Các biểu đồ hình 1 và 2 mô tả thông lượng 
sử dụng cho các hệ thống truyền dẫn antenna khác 
nhau. Ta nhận thấy rằng thông lượng của hệ thống 
SISO là thấp hơn so với các hệ thống MIMO và 
thông lượng của hệ thống MIMO (4x4) là cao nhất. 
Điều đó cho thấy rằng, hệ thống truyền dẫn có số 
antenna lớn hơn sẽ cho thông lượng lớn hơn. Thông 
lượng sẽ tăng lên khi SNR tăng và có thể đạt tối đa 
tới 115 Mb/s ứng với loại kênh B và 120Mb/s ứng 
với loại kênh A.
 Hình 3. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 2 kịch bản 1 với loại kênh B
Hình 1. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 1 kịch bản 1 với loại kênh B Hình 4. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 2 kịch bản 1 với loại kênh A
 Trường hợp 3: Áp dụng thuật toán Best CQI 
 cho kết quả như Hình 5 đối với loại kênh B và kết 
 quả trên Hình 6 đối với loại kênh A.
Hình 2. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 1 kịch bản 1 với loại kênh A
 Trường hợp 2: Áp dụng thuật toán RR; Kết 
quả đưa ra trên Hình 3 đối với loại kênh B và trên Hình 5. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
Hình 4 đối với loại kênh A. hợp 3 kịch bản 1 với loại kênh B
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 23
ISSN 2354-0575
 Hình 5 và 6 biểu thị quan hệ giữa SNR và 
thông lượng sử dụng cho các hệ thống SISO và 
MIMO. Một lần nữa ta lại thấy rằng, thông lượng 
của hệ thống MIMO (4x4) cao hơn khoảng 2 lần so 
với hệ thống MIMO (2x2) và cao hơn 4 lần so với 
hệ thống SISO. Thêm nữa, thông lượng tăng theo 
SNR và có thể đạt giá trị tối đa là 121Mb/s với loại 
kênh B và 120Mb/s với loại kênh A.
 Hình 8. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 1 kịch bản 2 với loại kênh A
 Trường hợp 2: Áp dụng thuật toán RR cho 
 kết quả mô tả quan hệ SNR và thông lượng như trên 
 Hình 9 (đối với loại kênh B) và Hình 10 (đối với 
 loại kênh A).
Hình 6. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 3 kịch bản 1 với loại kênh A
2.2. Kịch bản 2
 Nhiều người sử dụng; băng thông 20MHz; 
thời gian mô phỏng là 100 TTI; hệ thống truyền dẫn 
antenna SISO.
 Trường hợp 1: Áp dụng thuật toán NS cho 
kết quả mô tả quan hệ giữa SNR và thông lượng 
như trên Hình 7 (đối với loại kênh B) và Hình 8 (đối Hình 9. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
với loại kênh A). hợp 2 kịch bản 2 với loại kênh B
 Hình 10. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
Hình 7. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường hợp 2 kịch bản 2 với loại kênh A
 hợp 1 kịch bản 2 với loại kênh B
 Hình 9, 10 cho thấy, thông lượng ứng với số 
 Từ đồ thị hình 7, 8 có thể thấy rằng thông lượng khác nhau của người sử dụng (10, 25, 50 và 
lượng của tế bào cho các nhóm người dùng khác 100) là chênh lệch không đáng kể. Đối với trường 
nhau (10, 25, 50 và 100) tăng tỉ lệ với SNR. Thông hợp của 10 người sử dụng mỗi người dùng có thể 
lượng trong trường hợp này cao hơn thông lượng được sắp xếp 10 lần. Trường hợp có 20 người sử 
trong trường hợp thuật toán lập lịch là RR và đạt giá dụng, mỗi người dùng có thể được sắp xếp 5 lần. 
trị tối đa là 35Mb/s với loại kênh B và 36Mb/s với Trường hợp có 50 người dùng, mỗi người dùng có 
loại kênh A. thể được sắp xếp 2 lần và nếu có 100 người sử dụng, 
24 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
mỗi người dùng có thể được sắp xếp một lần. Đó 
là lý do tại sao thông lượng cho các thiết lập khác 
nhau của người sử dụng là chênh lệch không đáng 
kể. Thông lượng tối đa trong trường hợp kênh B và 
A đều là 12 Mb/s.
 Trường hợp 3: Áp dụng thuật toán Best CQI 
cho kết quả mô tả quan hệ SNR và thông lượng như 
trên Hình 11 (đối với loại kênh B) và Hình 12 (đối 
với loại kênh A).
 Hình 13. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 1 kịch bản 3 với loại kênh B
Hình 11. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 3 kịch bản 2 với loại kênh B
 Hình 14. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
 hợp 1 kịch bản 3 với loại kênh A
 Trường hợp 2: Áp dụng thuật toán RR cho 
 kết quả mô tả quan hệ SNR và thông lượng như trên 
 Hình 15 (đối với loại kênh B) và Hình 16 (đối với 
 loại kênh A).
 Từ đồ thị hình 15, 16 cho thấy, thông lượng 
 trong các thiết lập khác nhau của nhóm người sử 
 dụng (10, 25, 50 và 100) là gần giống nhau. Ta biết 
 rằng có 100 RBs trong băng thông 20 MHz nên đối 
Hình 12. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường với trường hợp có 10 người sử dụng thì mỗi người 
 hợp 3 kịch bản 2 với loại kênh A dùng có thể được sắp xếp 10 lần; khi có 20 người sử 
 dụng, mỗi người có thể được sắp xếp 5 lần; khi có 
 Hình 11, 12 thể hiện rõ, thông lượng gần 50 người sử dụng, mỗi người có thể được dự kiến 2 
như là bằng 0 trong dải giá trị SNR từ 0 dB đến lần và nếu có 100 người sử dụng, mỗi người dùng 
10 dB. Điều này là do các điều kiện kênh rất xấu chỉ có thể được sắp xếp một lần. Trong trường hợp 
cho mọi người sử dụng. Từ 10 dB trở đi có thể này, thông lượng tối đa khoảng 22 Mb/s đối với cả 
thấy rằng, thông lượng nhanh chóng tăng lên theo 2 loại kênh B và A, cao hơn trường hợp hệ thống 
SNR do khả năng tìm thấy một người dùng với CQI SISO đã trình bày ở kịch bản 3 khoảng 2 lần.
(Channel Quality Information) cao hơn trên một RB 
(Resource Block) nhất định. Thông lượng di động 
tối đa trong trường hợp này là 45Mb/s với loại kênh 
B và gần đạt 45Mb/s với loại kênh A.
2.3. Kịch bản 3
 Nhiều người sử dụng; băng thông 20MHz; 
thời gian mô phỏng là 100 TTI; hệ thống truyền dẫn 
antenna MIMO (2x2).
 Trường hợp 1: Áp dụng thuật toán NS cho 
kết quả mô tả quan hệ SNR và thông lượng như trên 
Hình 13 (đối với loại kênh B) và Hình 14 (đối với Hình 15. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường 
loại kênh A). hợp 2 kịch bản 3 với loại kênh B
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 25
ISSN 2354-0575
 Nhận xét: Qua các kịch bản mô phỏng kỹ 
 thuật lập lịch trình bày ở trên có thể nhận thấy rằng, 
 kỹ thuật Best CQI có thông lượng cao nhất so với 
 NS và RR. Các kết quả mô phỏng cũng minh chứng 
 rõ hệ thống MIMO cho phép tăng công suất và dung 
 lượng hệ thống so với SISO. 
 Tùy thuộc vào mục tiêu của bài toán thiết 
 kế mà ta có thể chọn thuật toán lập lịch cho hợp lý 
 để cải thiện thông lượng, sự công bằng hoặc cả hai. 
 Nếu ưu tiên thông lượng ta có thể chọn thuật toán 
Hình 16. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường Best CQI hoặc thuật toán NS. Nhưng nếu ưu tiên sự 
 hợp 2 kịch bản 3 với loại kênh A công bằng thì ta nên chọn thuật toán NS hoặc RR. 
 MIMO là một trong những công nghệ giúp 
 Trường hợp 3: Áp dụng thuật toán Best CQI cho việc tăng thông lượng. Các kỹ thuật tiên tiến và 
cho kết quả mô tả quan hệ SNR và thông lượng như phức tạp hơn cũng có thể được thiết kế với mục tiêu 
trên Hình 17 (đối với loại kênh B) và Hình 18 (đối này. Một trong những kỹ thuật này là đặt một relay 
với loại kênh A). giữa trạm gốc và trạm di động.
 Hình 17, 18 cho thấy, quan hệ giữa thông 
lượng và SNR giống như trường hợp 2 ở kịch bản 3. Kết quả và thảo luận
3 nhưng thông lượng tối đa trong trường hợp này là Trong khuôn khổ bài báo cũng chỉ mới trình 
84 Mb/s đối với loại kênh B và 75Mb/s đối với loại bày các phân tích và đánh giá của 3 kỹ thuật lập 
kênh A, cao hơn so với trường hợp 2 ở kịch bản 3 lịch là NS, RR và Best CQI. Qua các phân tích các 
(hệ thống SISO) 2 lần. kết quả mô phỏng ở trên về thông lượng và SNR 
 của từng cell và từng UE (User Equipment) theo 
 các thuật toán khác nhau và kết hợp với một số kết 
 quả khác [10, 11] ta có thể rút ra kết luận: việc đảm 
 bảo độ công bằng kết hợp giảm thiểu lỗi gói thì 
 các kỹ thuật Maxmin và PF cho kết quả tốt, còn 
 RR chỉ đảm bảo công bằng đơn thuần về thời gian 
 truy nhập của UE nhưng không quan tâm lỗi BLER 
 (Block Error Rate). Về thông lượng thì các kỹ thuật 
 MT và Best CQI là cao nhất đối với cell cũng như 
 UE, nhưng không có độ công bằng giữa các UE. Vì 
Hình 17. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường thế, qua đánh giá các kỹ thuật lập lịch, có thể đưa ra 
 hợp 3 kịch bản 3 với loại kênh B các xếp hạng như sau (theo thứ tự từ tốt nhất):
 - Về thông lượng: Best CQI, MT, PF, MM, 
 RR;
 - Về độ công bằng: Maxmin, PF, RR, MT, 
 Best CQI.
 - Tổng hợp các thông số về công bằng, thông 
 lượng và BLER: PF, MM, Best CQI, MT, RR.
 Qua các đánh giá trên ta thấy rằng, việc đảm 
 bảo QoS của mạng 4G LTE dựa trên kỹ thuật lập 
 lịch có nhiều thuật toán khác nhau với chất lượng 
 và độ phức tạp khác nhau. Do đó cần căn cứ vào 
 yêu cầu thực tế về chất lượng dịch vụ, thông số kỹ 
Hình 18. Quan hệ SNR và thông lượng trong trường thuật và chi phí triển khai mà lựa chọn thuật toán 
 hợp 3 kịch bản 3 với loại kênh A cho phù hợp.
Tài liệu tham khảo
 [1]. Harri Holma, Antti Toskala, LTE for UMTS – OFDMA and SC-FDMA Based Rad io Access, 
 John Wiley & Sons Ltd, 2009.
 [2]. Agilent Technologies, 3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development and 
 Test Challenges, 2009.
26 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
 [3]. Farooq Khan, LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance, 
 Cambridge University Press, 2009.
 [4]. Tshiteya Dikamba, Downlink Scheduling in 3GPP Long Term Evolution (LTE), Thesis-Delft 
 University of Technology, March 18th, 2011.
 [5]. R. Ludwig, H. Ekstrom, P. Willars, and N. Lundian, “An Evolved 3GPP QoS Concept”, in IEEE 
 Vehicular Technology Conference, vol. 1, May 2006, pp. 388–392.
 [6]. H. Ekstrom, “QoS Control in the 3GPP Evolved Packet Systems”, IEEE Communications 
 Magazine, vol. 47, no. 2, pp. 76–83, February 2009.
 [7]. Josep Colom Ikuno, Martin Wrulich, Markus Rupp, Vienna LTE Simulators System Level 
 Simulator Documentation v1.3r427, Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering, 
 Vienna University of Technology, Austria, 2011.
 [8]. Stefan Schwarz, Christian Mehlfuhrer, Markus Rupp (2009), Low Complexity Approximate 
 Maximum Throughput Scheduling for LTE,  2011.
 [9]. C. Mehlfuhrer, M. Wrulich, J.C Ikuno, D.Bosanska, and M. Rupp, “Simulating the Long Term 
 Evolution Physical Layer’’, in Proc. of the 17th, European Signal Processing Conference (EUSIPCO 
 2009), Glasgow, Scotland, Aug. 2009.
 [10]. Nguyễn Hữu Thanh, “Xây dựng các cơ chế cung cấp chất lượng dịch vụ QoS) của mạng không 
 dây băng thông rộng họ IEEE802”, Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ nhiệm vụ khoa 
 học công nghệ cấp nhà nước theo nghị định thư với nước ngoài, Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐHBK 
 Hà Nội, 2010.
 [11]. Nguyễn Quốc Khánh, “Nghiên cứu kỹ thuật lập lịch nâng cao chất lượng dịch vụ thông tin di 
 động LTE”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Đà Nẵng, 2011.
 [12]. C.Cicconetti, A.Erta, L.Lenzini and E.Mingozzi, “Performance Evaluation of the IEEE 802.26 
 MAC for QoS Support”, IEEE Transactions on Mobile Computing, vol.6, no.1, pp.26-38, 2007.
 ANALYSIS AND EVALUATION OF THE SCHEDULES TECHNICAL TO
 ENSURE QUALITY OF SERVICE FOR 4G LTE NETWORK
Abstract:
 Currently, The 4G LTE networks are being deployed widely, and quickly in the world as well as in 
Vietnam. LTE technology has made mobile networks a complete IP convergence network, data access speed 
capability up to hundreds of megabits per second, giving users real-time broadband access at any time 
and any where. LTE technology, developed on a complete IP platform, serves VOIP, video, streaming and 
broadband internet services. The LTE access layer is responsible for securing and controlling the quality 
of service (QoS), in order to allocate resources reasonably and optimally to the user, with access to the 
services with the lowest latency, and the most Broadband as possible. The scheduler used in the MAC layer 
in the wireless interface is an important component of this function, where the scheduling technique is a 
core component of the scheduler. The paper is find the results of assessment of scheduling techniques in 4G 
LTE networks, contributing to the selection of optimal radio interface solutions to improve QoS.
Keywords: 4G LTE, Schedule, QoS, Mobile Information.
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 27